Herzfrequenzvariabilität und kardiovaskuläre Ermüdung

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Dieser Beitrag befasst sich mit der Herzfrequenzvariabilität als Indikator bei der Analyse und Bewertung dessen, ob die Athleten ausreichend Ruhephasen und Erholung bekommen, um Verletzungen und Erkrankungen oder dem Risiko eines Übertrainings vorzubeugen und die Ausdauerleistung optimieren zu können.

Herzfrequenzvariabilität und kardiovaskuläre Ermüdung

Messungen der Herzintervalle belegen eindeutig, dass die Herzfrequenz nicht konstant ist, sondern sich von Herzschlag zu Herzschlag verändert. Das nennt man Herzfrequenzvariabilität (HRV = von englisch: heart rate variability). In der Ruhephase wechselt dieses Herzschlagintervall entsprechend dem Atemzyklus – es beschleunigt sich während des Einatmens und verlangsamt sich mit dem Ausatmen.

Diese Unterschiede sind auf eine Verringerung der parasympathischen Aktivität zurückzuführen. Die Herzfrequenz wird hauptsächlich durch das autonome Nervensystem (ANS) reguliert. Das ANS sind die Nerven, die für die Steuerung der vegetativen Körperfunktionen zuständig sind; diese Nerven funktionieren unbewusst und sind nicht steuerbar. Die autonomen Nerven umfassen die sympathischen und parasympathischen Nerven; die sympathischen Nerven treiben das Herz an und erhöhen die Herzfrequenz, während die parasympathischen Nerven die Herzfrequenz reduzieren.

Die Messung der HRV zur Überwachung von Trainingseinheiten und Erholungsphasen schließt die Analyse der Herzschlagvariationen ein. Durch die präzise Messung der Zeitintervalle zwischen den Herzschlägen und die hierbei festgestellten Abweichungen lassen sich die psychologischen und physiologischen Belastungen und die Ermüdung des Körpers während des Trainings erfassen. Ganz allgemein gesagt: Je entspannter und weniger erschöpft (ermüdungsfreier) ein Körper ist, desto variabler ist die Zeit zwischen 2 Herzschlägen.

Die HRV-Daten können Hinweise auf die Auswirkung von Ermüdung aufgrund vorausgegangener Trainingseinheiten, den Hydrationsgrad, die Belastung und sogar den Grad von Leistungsdruck, Nervosität oder anderen externen belastenden Einflüssen geben. Studien haben gezeigt, dass die Herzfrequenzvariabilität von Person zu Person variiert, abhängig von der Größe des linken Ventrikels (angeboren), der Kondition, dem Übungsmodus (Ausdauer oder statisches Training) und den sportlichen Fähigkeiten (Trainingseffizienz).(1) Köperposition, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Höhe über dem Meeresspiegel, Stimmung, hormoneller Status, Medikamente und Stimulanzien wirken sich ebenfalls auf die Herzfrequenz und die HRV1 aus, ebenso Geschlecht und Alter.

Belastung wird mit einem erhöhten sympathischen Tonus des ANS in Zusammenhang gebracht, wohingegen die Erholung mit einem erhöhten vagalen Tonus des ANS zusammenhängt, d.h. einem kontinuierlich niedrigen Impulsfluss entlang der vagalen Nerven, der eine gleichbleibende Verlangsamung des Herzens unter Ruhebedingungen auslöst. Der vagale Nerv ist einer der vielen Nerven, die Botschaften vom Gehirn und zum Gehirn tragen. Eine der Hauptfunktionen dieses Nervs ist die Überwachung und Steuerung der Tätigkeit der inneren Organe, wie z. B. Herz und Magen.

Die kardiovaskuläre autonome Modulation ist bei übermäßigem(4) Training sowie nach einer intensiven Trainingsperiode(2) schwächer und es tritt gleichzeitig eine Verschiebung der autonomen Balance in Richtung der sympathischen (steigert die Herzrate) anstatt zur parasympathischen (reduziert die Herzrate) Dominanz ein. Die Analyse von Übertraining und Erholung untersucht die Balance zwischen niedrigen und hohen Frequenzen beim Herzschlag.

In der Regel belegen die HRV-Messungen eine signifikante und progressive Abnahme der parasympathischen Indizes im Verlauf eines langfristigen schweren Trainings, gefolgt von einem signifikanten Anstieg in der Ruhephase. Die Indizes für die sympathische Aktivität zeigen einen gegensätzlichen Trend. Die sportspezifische Beurteilung vor dem Beginn eines langfristigen Trainingsplans unter Zuhilfenahme der Herzfrequenzvariabilität hat sich als sehr nützlich erwiesen .(5,6)

Kardiovaskuläre Ermüdung

– Körperliches Training ohne eine völlige Erholung kann zu einer signifikanten Ermüdung führen. Studien über kardiovaskuläre Reaktionen zeigen, dass es eine sympathische und parasympathische Form der Ermüdung gibt

– Es gibt, kurz gesagt, eine kardiovaskuläre Form der Ermüdung, die durch die Herzfrequenzvariabilität nachgewiesen werden kann.(2)

– Des Weiteren deuten Daten darauf hin, dass die während der Nacht aufgezeichnete Herzfrequenzvariabilität ein geeigneteres Instrument zur Bewertung angestauter Ermüdung ist als die Herzfrequenz in Ruheposition. Ebenso kann die Herzfrequenzvariabilität ein wertvolles Instrument für die Optimierung individueller Trainingspläne sein.(2,3)

 

Warum ist die Erholungsphase wichtig?

Übertraining ist ein Ungleichgewicht zwischen Training bzw. Wettkampf und Erholung. Zusätzliche vom Training unabhängige Stressfaktoren und eine Monotonie des Trainings können ebenfalls zum Übertrainingssyndrom beitragen. Während man ein kurzfristiges Übertraining als normalen Teil des sportlichen Trainings betrachten kann (die Herzfrequenzvariabilität scheint davon nicht beeinflusst zu werden)(7), kann ein langfristiges Übertraining zu einem Zustand führen, den man als Burnout- oder Übertrainingssyndrom(8) bezeichnet.

Das richtige Timing der Ruhephase ist einer der wichtigsten Faktoren jedes Trainingsprogramms. Die Ergebnisse von Trainingseinheiten sind vernachlässigbar oder sogar kontraproduktiv, wenn nicht ausreichend Ruhephasen eingebaut werden. HRV-Messungen belegen eine signifikante und progressive Abnahme der parasympathischen Aktivität während eines längeren schweren Trainings, gefolgt von einer gleich signifikanten Zunahme in den Ruhephasen. Die sympathische Aktivität zeigt den gegenteiligen Trend.(9)

Dieses kardiovaskuläre autonome Ungleichgewicht legt nahe, dass die Herzfrequenzvariabilität ein nützlicher Parameter zur Feststellung von Übertraining und unzureichenden Ruhephasen bei Athleten ist. Während des Trainings nimmt die Leistung vorübergehend ab, steigt aber nach der Erholung wieder an. Nach einer bestimmten Zeitspanne steigt die Leistung über den Vortrainingsstand, weil der Körper sich darauf vorbereitet, die nächste Trainingsbelastung besser als vorher zu meistern.

 

Erfährt der Körper innerhalb einer bestimmten Frist keine weitere Trainingsbelastung, nimmt der Leistungszuwachs langsam ab. Wird jedoch die nächste Trainingseinheit durchgeführt, bevor der Körper sich von der vorausgegangenen erholt hat, ist die Leistung geringer, als sie nach einer vollständigen Erholung gewesen wäre. Ein kontinuierlich hartes Training ohne ausreichende Ruhephasen wird allmählich zu einer geringeren Leistung und langfristig zu einem Übertrainingssyndrom führen. Ist man übertrainiert, reicht möglicherweise selbst eine lange Ruhephase nicht aus, um den Leistungsgrad zu erreichen, den man ursprünglich hatte. Nach einer einzelnen hochintensiven Trainingseinheit oder nach einigen Tagen schweren Trainings und selbst nach einer wenig intensiven, aber langen Trainingseinheit braucht der Körper Zeit zur Erholung. Ohne Ruhephasen findet keine Anpassung an die Trainingbelastung statt.

 

Das „Überlastungs“-Prinzip ist ein wichtiger Trainingsaspekt und ist mithilfe von Parametern wie Trainingsbelastung, Dauer, Häufigkeit und Ruhephasen messbar. Eine exzessive Trainingsbelastung oder zu viele Trainingseinheiten können zu einer Erschöpfung des physiologischen Systems im Körper führen. Zahlreiche Studien haben bewiesen, dass Übertraining die Folge langfristiger Belastung oder Erschöpfung durch ein lang anhaltendes Ungleichgewicht von Training und anderen internen und externen Stressfaktoren und Erholung ist.

Wie funktioniert die HRV-Analyse?

Das ANS (autonome Nervensystem) reagiert sehr schnell auf veränderte Bedingungen. Viele Veränderungen in den physiologischen Funktionen und insbesondere in der Funktion des autonomen Nervensystems spiegeln sich in unserem Herzen wider. Eine Messung des Herzschlags und die Analyse der Herzfrequenzreaktionen und HRV können wichtige Informationen über körperliche Prozesse liefern.

Daten über die Herzfrequenz enthalten viel mehr Informationen als die bloße Herzfrequenz. Unterschiedliche Reaktionen und Veränderungen der Herzfrequenz enthalten eingebettete physiologische Informationen. Durch die Auswertung der Herzfrequenzvariabilität ist der Nachweis möglich, dass die Athleten in der Lage sind, sich während des Arbeitstages, zwischen den Trainingseinheiten und besonders nachts zu erholen. In diesem Kontext kann man Stress als physiologischen Zustand eines erhöhten Grades der ANS-Funktion definieren, der nicht auf unmittelbare körperliche Anforderungen zurückzuführen ist. Dementsprechend kann die HRV-Methode nicht einzelne konkrete Stressfaktoren, sondern eher den kumulativen Effekt verschiedener Quellen von ANS-Stress anzeigen (z. B  Schlafmangel, schlechte Erholung vom körperlichen Training, Medikamenteneinnahme etc.).

Einige Herzfrequenzmesser (z. B. Modelle von Polar und Suunto) verwenden eine HRV-Messung, um anhand individueller Herzfrequenzreaktionen Trainingsbelastung und Übertraining zu bewerten und um den Benutzer in die Lage zu versetzen, seine Trainingsbelastung und Erholungsphasen zu optimieren.

  

Welche Vorteile hat eine Messung der Erholung?

Die Messung der Erholung bietet eine Reihe von Vorteilen, u. a.:

  • – Erkennen früher Anzeichen von Übertraining oder Erkrankung
  • – Optimieren der Trainingsbelastung durch Herstellung der Balance von Trainingsbelastung und Erholung
  • – Erstellen evidenzbasierter Informationen für kritische Coaching-Entscheidungen
  • – Protokollieren individueller Ausgangswerte, z. B. außerhalb der Saison, wenn der Körper vollständig erholt ist
  • – Überprüfen des Erholungsstatus während harter Trainingsperioden
  • – Prüfen des Erholungsstatus, wenn das subjektive Gefühl und der Konditionsgrad eine schlechte Erholung anzeigen
  • – Sicherstellung einer ausreichenden Erholung des Körpers, bevor man eine neue harte Trainingsperiode beginnt.

Beim Einsatz von Software, wie z. B. von „First Technologies“, wird in der Regel zunächst eine Übernachtmessung durchgeführt, damit der Einfluss externer Stressfaktoren minimiert werden kann. Es ist ratsam, einige tägliche Belastungsmessungen zu machen, um allgemeine Stressfaktoren des Lebensstils zu ermitteln. Die gewählte Zeitspanne sollte standardisiert sein, damit die Ergebnisse der einzelnen Messungen miteinander verglichen werden können. Die ersten Stunden des Schlafs sind für eine Erholungsanalyse oft die sensibelste Zeit (wenn man z. B. zwischen 22 und 23 Uhr zu Bett geht, sollte die Messung von Mitternacht bis 4 Uhr erfolgen).

 

Belastungs- und Erholungsindex – einige Beispiele

In der Firstbeat Technologies-Software werden Belastung und Erholung auf einer Skala von –100 bis +100 dargestellt (siehe Abb. 1). Der Belastungs- und Erholungsindex zeigt die Balance zwischen Belastung und Erholung. In den folgenden Diagrammen steht „dunkel“ für Belastungsreaktionen und „hell“ für Erholungsreaktionen.

Abbildung 1: Belastungs-/Erholungsindex bei relativer Erholung (+20%)

Die Intensität der Belastungs- und Erholungsreaktionen werden durch die Herzfrequenz, die Herzfrequenzvariabilität und die Atemfrequenz beeinflusst und können als sensible Marker für den Nachweis von Erholung und Übertraining im Sport gelten. Abb. 3 zeigt, dass eine Belastung nur in den ersten Schlafstunden vor dem Beginn der Erholungsphase auftritt und somit keine Gefahr eines Übertrainings besteht, während Abb. 4 zeigt, dass während der gesamten Nacht eine Belastung vorliegt, was auf ein erhöhtes Risiko eines Übertrainings und einen größeren Erholungsbedarf hinweist.

Abbildungen 2-4: Auswertungen von Belastung und Erholung in der Nacht 

 

Welche Vorteile bietet eine Messung der täglichen Belastung?

Wie bei der Erholung gibt es mehrere Vorteile, wenn man die tägliche Belastung misst. Insbesondere hilft die tägliche Belastungskontrolle den Sportlern:

– die Erholung zwischen den Trainingseinheiten zu maximieren,

– zu lernen, wie unterschiedliche Tagesabläufe die Erholung begünstigen bzw. behindern,

– die Auswirkung eines Höhentrainings zu verfolgen,

– zu bewerten, wie Reisen und Jetlag die Erholung nach Wettkämpfen/Training beeinflussen,

– ie täglichen Belastungsprotokolle zu wiederholen und zu beobachten, wie sich Veränderungen des Tagesablaufs auf Belastung und Erholung auswirken,

– soziale und psychologische Stressfaktoren zu prüfen, die eine Erholung beeinflussen, und den Tagesablauf so zu verändern, dass die Stressbelastung während des Tages minimiert wird.

Praktische Anwendung der täglichen Belastungsmessung

Die Abbildungen 5 und 6 zeigen die Balance zwischen Belastung und Erholung während der Zeitspanne nach dem Morgen- und vor dem Abendtraining. Abb. 5 zeigt, dass das Einkaufen zwischen den beiden Trainingseinheiten nicht zur Erholung beigetragen hat, da die Belastungsreaktionen über die gesamte Zeitspanne zwischen den Trainingseinheiten zu beobachten waren! Macht man jedoch ein Nickerchen und entspannt sich zu Hause, verstärkt dies die Erholung und bereitet den Körper auf die nächste Trainingseinheit vor (Abb. 6).

Abbildungen 5+6

 

Arbeitsabläufe und täglicher Belastungsindex

Nach der Durchführung einer Vielzahl von Tests lässt sich eindeutig sagen, dass Arbeit, Familie und emotionaler Stress die größten Einflussfaktoren in Bezug auf die tägliche Belastung und Erholung sind, wobei manche sich von den normalen Tagesaktivitäten kaum erholen. So zeigt z. B. Abb. 7 den Belastungsindex eines Arbeitstages von James, einem sehr beschäftigten Profi, und Abb. 8 das anschließende Nachtprotokoll des Erholungs-/ Belastungsindexes, das nur eine sehr geringe Erholung zeigt. Dieses Protokoll vergleichen wir nun mit Abb. 9, in der James nächtliche Erholung nach einer Woche Urlaub dargestellt ist, wobei er allerdings nur drei Tage zuvor den Kilimandscharo bestiegen hatte! Sein Erholungsindex erzielt +100, d. h., er hat sich vollständig erholt.

Abbildungen 7-9

 

Schlussfolgerung

HRV ist eine relativ einfache, aber effektive Methode für eine regelmäßige Überprüfung der Fortschritte eines Ausdauertrainings. Übertraining und/oder eine mangelhafte Erholung sind Probleme, die sowohl Sportler als auch Trainer berücksichtigen müssen. Es ist auch offensichtlich, dass die Belastung im Alltag einen größeren Einfluss auf das Training und die Laufleistung ausübt. Scheinbar entspannende Aktivitäten, wie z.B. Einkaufen, können zu einer weiteren Belastung anstatt zur Erholung führen. Ein Nickerchen, Lesen und Musikhören scheinen exzellente Erholungsfaktoren zu sein. Überlastungsperioden müssen vorsichtig eingesetzt und zusätzliche Ruhephasen oder weniger intensive Trainingseinheiten eingebaut werden, um sicherzustellen, dass die Sportler ihre Trainings- und Erholungszeiten optimieren. Kurz vor einem Wettkampf kann das Tapering überwacht werden, um eine vollständige Erholung des Sportlers sicherzustellen. Herzfrequenzmesser und Software zur Überwachung der Herzfrequenzvariabilität sind effektive Hilfsmittel, denn sie liefern Sportlern und Trainern nützliche Informationen im Hinblick auf eine Optimierung des Trainings.

Eddie Fletcher ist Sport- und Trainingsphysiologe und Trainer, der sich auf Ausdauersportarten spezialisiert hat

Quellenangaben

1. Sports Medicine, 2003, Bd. 33 (12), S. 889-919

2. Medicine & Science in Sports & Exercice, 2001, Bd. 33 (7), S. 1120-1125.

3. Medicine & Science in Sports & Exercice, Bd. 32 (10), S. 1729-1736.

4. Medicine & Science in Sports & Exercice, 2006; Bd. 38

5. American Heart Journal, 1993, Bd. 125 (3), S. 726-731Medicine & Science in Sports & Exercice, 1998, Bd. 30 (7), S. 1097-1106.

6. Medicine & Science in Sports & Exercice 2000, Bd. 32 (8), S. 1480-1484.

7. Medicine & Science in Sports & Exercice 1993, Bd. 25 (7), S. 854-62.

8. International Journal of Sports Medice, 2000, Bd. 21 (1), S. 45-53.

 

 

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